《2024DigiKey汽车应用创意挑战赛》车用防夹异物驱动装置功能

landeng1986

车用防夹异物驱动装置——电机驱动

防夹异物驱动主要是在电机驱动的基础上，加入电流检测环节，对突然增大的电流进行判断，并及时停止驱动，适当后退。

LPC55S36-EVK连接NXP官方的 FRDM-MC-LVPMSM 电机驱动板，再接电机

eFlexPWM, ENC, ADC，HSCMP是片内外设，分别用于电机控制、编码器信号采集、模拟量采集和过流故障保护。

运行在LPC55S36上的应用软件，包括磁场定向控制(FOC)算法、CM33_RTCESL_4.6.2（实时控制嵌入式软件电机控制和电源库）和SDK2.10。

伺服控制系统是经典的电流环、速度环、位置环三环结构。

最内部的回路是电流控制回路（快速回路），它包含模拟信号采样、FOC算法和PWM占空比更新。

中间回路为速度控制回路。从速度测量方法获得的测量速度与给定速度之间的比较会产生速度误差。速度误差输入到速度PI控制器，为定子电流的转矩分量产生新的期望值。

最外层回路为位置控制回路。从高级应用层输入位置命令。实际位置命令与电机实际位置的比较产生位置误差。位置误差输入到位置控制器，产生新的参考速度。需要说明的是，为了系统的流畅稳定运行，位置给定需要经过平滑的路径规划，如果位置给定信号是不连续的，则需要在位置控制器前增加斜坡与轨迹滤波器处理。

其中，FOC是基于定子磁场定向的矢量控制技术。其最基本的思想就是将定子电流解耦成一个控制磁场的分量和一个控制转矩的分量。经过解耦后，两个电流分量Id与Iq独立受控，互不干扰。这时电机的控制器结构就和他励直流电机控制器一样简单。

为了实现FOC控制，需要执行以下步骤：

1.      检测电机物理量（相电流，电压，转子位置）

2.      使用Clarke变换将三相定子电流变换到两相坐标系(α，β)

3.      使用Park变换将αβ轴定子电流旋转变换到dq坐标系

4.      分别独立控制转矩电流（iq）分量和励磁电流（id）分量

5.      使用解耦模块计算输出定子电压空间矢量

6.      定子电压空间矢量经过反Park变换从dq坐标系变换到αβ两相坐标系

7.      使用空间矢量调制，产生三相电压输出。

为了将定子电流分解为转矩分量和磁通分量，必需知道电机励磁磁通的位置，这需要精确检测转子的位置和速度信息。转子位置与转速信息由LPC55S36中的ENC模块采集电机编码器的输出信号得到。

重点的外设就是故障保护(HSCMP/DAC)

故障保护是电机运行中需要的常用功能，当过流故障发生时，需要及时关停PWM输出以保护电机与驱动电路的安全。LPC553x拥有三个HSCMP模块与三个DAC模块来应对电机过流故障。

使用HSCMP0和HSCMP1来对母线电流经过采样电阻产生的电压降落与DAC产生的参考电压进行比较，然后当母线电流预设值时产生故障信号。

当有异物被夹时，就会有过流故障发生，及时停止电机驱动并适当后退，确认没有异物在行程中时，再重新启动电机，实现相关功能。